CN101688849A - 磁检测元件和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁检测元件，它具有对被检测目标物质磁场的增强检测强度。该磁检测元件包括磁性物质和检测线圈，在该磁性物质上施加交变磁场，该检测线圈用于检测由所述磁性物质接收的磁场。所述检测线圈中磁性物质的表面在检测线圈的纵向方向上被分成第一区域和第二区域两个区域，并且第一区域的至少一部分与第二区域与检测对象物质的亲合力不同。

Description

磁检测元件和检测方法

技术领域

本发明涉及磁检测元件和检测方法，用于检测磁性粒子或者通过使用磁性粒子作为标记来检测非磁性物质。

背景技术

作为定量的免疫测定技术，传统上已知放射免疫测定(RIA：放射免疫测定，或者IRMA：免疫放射测定)。在该方法中，用放射性核素来标记竞争性抗原或者抗体，并且根据比放射性的测量结果来定量地测量抗原。具体地说，对例如抗原的目标物质进行标记并且间接地进行测量。该方法提供了高灵敏度，并且显著地有助于临床诊断。然而，必须考虑到核素的安全性，并且需要专用的设施和设备。因此，作为易于操作的方法，已经提出了使用标记的方法，例如荧光物质、酶、电化学发光分子和磁性粒子之类的标记。

在使用荧光标记、酶标记或者电化学发光标记作为标记的情况下，所述标记被用于光学测量方法，并且通过测量光吸收率和透光率或者光发射量来检测目标物质。使用酶作为标记的酶免疫测定法(EIA：酶免疫测定法)是这样一种方法，其中，在产生抗原-抗体反应之后，用酶标记的抗体进行反应，加入用于酶的底物以显色，并且根据吸光率来进行比色测定。

此外，好几个研究机构做出了生物传感器的研究报告，通过使用磁性粒子作为标记，这些生物传感器利用磁性传感元件来间接地检测生物分子。各种磁性传感元件被引用作为用于该检测方法的磁性传感元件。提出的磁性传感元件采用了磁阻效应元件、霍尔(Hall)元件、约瑟夫逊(Josephson)元件、线圈、磁阻抗变化的元件和磁通门(FG)传感器(日本专利申请公开No.2005-315744，和日本专利申请公开No.2006-208368，和H.A.Ferreira等，《应用物理杂志》(J.Appl.Phys)，93 7281(2003)，Pierre-A.Besse等，《应用物理快报》(Appl.Phys.Lett.)80 4199(2002)，SeungKyun Lee等，《应用物理快报》(Appl.Phys.Lett.)81 3094(2002)，Richard Iuxton等，《分析化学》(Anal.Chem.)16 1127(2001)，和Horia Chiriac等，《磁学与磁性材料杂志》(J.Magn.Magn.Mat.)293671(2005))。FG传感器通过使用软磁物质和线圈来检测感应电动势。使用了这些元件的对生物物质的检测方法分别具有以下特征。首先，FG传感器的优点是具有高磁场分辨率、相对于输入磁场而言的高线性输出和高温稳定性。

FG传感元件被大致分成两类，平行型和正交型。

正交型FG传感器通常具有磁膜、用于将交变磁场施加到磁膜上的单元和用于检测磁膜的磁化变化的检测线圈。通过由交变磁场Hac中磁膜的磁化变化所引起的检测线圈的感应电动势来检测磁场(日本电气工程师学会学报，1973年93-C卷第2期第27页，和日本电气工程师协会、磁技术委员会的电磁学基础和应用的第171页)。

图11是普通的正交型FG传感元件的结构实例的视图。FG传感元件2000具有连接到交流电源1502上的励磁导体1231、设置在励磁导体1231的圆周表面上的磁膜1200和缠绕在磁膜1200所构成的圆筒上的检测线圈1204。以下将简要地描述FG传感元件的操作原理，其中，磁膜1200的易磁化轴相应于交变磁场的方向。

图12A到12C是用于描述图11中所示FG传感元件操作原理的视图。

在图12A中，可检测的磁场的方向是检测线圈的纵向方向。在这里，如图12A中，图11中所示的FG传感元件2000放置在外部磁场(被检测的磁场)Hext中。外部磁场的磁场方向是检测线圈1204的纵向方向。此外，交变磁场Hac通过交流电源1502经由励磁导体1231施加到圆柱形磁薄膜1200的表面上。在这里，假定交变磁场Hac具有足够的强度以使磁膜1200的磁化饱和，并且频率比发生畴壁位移现象时的频率足够高。

为了简化的缘故，如图12B和12C中所示，磁膜1200图示为被切开并且展开为一平面。图12B中所示的易磁化轴2010也与图12C为同一方向。交变磁场Hac平行于易磁化轴而产生。磁膜1200的磁化和交变磁场的关系是图12B的状态和图12C的状态之间的往复变化。磁膜1200的磁化行为是使磁化在图12B和12C的各状态中的Hac方向上饱和。

因此，随磁化变化而在检测线圈1204内部磁化随时间的变化如图13A和13B中所示。图13A中所示的易磁化轴2010也与图13B中为同一方向。如图13A和13B中所示，磁膜的膜厚度相对于其上形成有磁膜的圆筒的圆筒半径而言形成为足够薄，并且磁化随时间而在膜内转动方式方面变化。

当外部磁场(检测磁场)为零时，如图14A中所示，在附图中顺时针方向的磁致旋转和逆时针方向的磁致旋转以等比存在，因此检测线圈1204的感应电动势变为零。

另一方面，当存在外部磁场(检测磁场)时，如图14B所示，经检测磁场方向的磁致旋转的丰度比变高。因此，在检测线圈中出现纵向方向上的磁化变化，并且检测线圈产生了感应电动势。此外，当检测磁场较大时，在磁化反向开始时的励磁相位角变小，因此，可以读取检测磁场的方向和大小。可以根据励磁磁场的相位和检测线圈产生的感应电动势的相位之间的差异来检测磁场的强度。磁场的方向反映在上述感应电动势的迹象上。

作为正交型FG传感器，也有一些与上述结构不同的FG传感器，例如，磁膜的易磁化轴与上述不同的FG传感器、磁膜和励磁铜丝被一体化的FG传感器、和具有带绕磁芯的FG传感器。然而，对于任何种类的FG传感器，操作原理类似于上述内容。

发明内容

正交型FG传感元件对磁场的测量是利用具有圆筒形磁膜1200、穿过圆筒形磁膜1200中心的励磁导体1231和检测线圈1204的电路来执行，如日本电气工程师学会学报第93-C卷第2期第27页(1973年)和日本电气工程师学会、磁技术委员会的电磁基础及应用第171页所示。如上所述，使交流电流进入励磁导体1231，并且通过检测线圈1204中产生的感应电动势来检测由被检测磁场对磁膜1200中磁化变化的影响。因此，当对感应电动势的有无或对在磁性粒子被固定之前和之后的传感器输出进行比较时，就能通过磁性粒子围绕磁性粒子所形成的磁场(称为Hs)来检测磁性粒子。

当要通过使用正交型FG传感元件来检测磁性粒子所形成的局部磁场Hs时，如果磁性粒子和检测线圈1204的位置关系改变，则所述改变会显著地影响传感元件的输出。如果传感元件的感应电动势相互抵消，则传感器的输出显著减小。因此，根据情况而定，出现了很难检测磁性粒子的状况，例如虽然存在磁性粒子1401但是不能充分地获得传感器输出的状况。

本发明用来解决如上所述的传统技术存在的问题，并且本发明的目的是提供磁检测元件和检测方法，其增强了对检测目标物质磁场的检测强度。

用于实现上述目的的本发明的磁检测元件具有磁性物质和检测线圈，该磁性物质上施加有交变磁场，该检测线圈用于检测被磁性物质接收的磁场，并且磁检测元件具有的结构为：检测线圈中的磁性物质的表面在检测线圈的纵向方向上被分成第一区域和第二区域两个区域，并且第一区域的至少一部分与检测目标物质的亲合力不同于第二区域。

此外，本发明的磁检测元件具有磁性物质和检测线圈，该磁性物质上施加有交变磁场，该检测线圈用于检测由磁性物质接收的磁场，其中，检测线圈具有的结构为，线圈缠绕方向彼此相反的两个或更多个线圈串联连接，并且从检测线圈的一个端部开始依次地在所述两个或更多个线圈的连接部分和检测线圈的两端在磁性物质的表面上交替地设置第一区域和第二区域，并且第一区域的至少一部分与检测对象物质的亲合力不同于第二区域。

根据本发明，当检测磁性粒子或者用磁性粒子标记的非磁性粒子时，可以增强由磁性粒子形成的磁场的检测强度。

从以下参照附图对示例性实施例的说明将明白本发明的其它特征。

附图说明

图1是用于描绘一实施例的FG传感元件结构的示意图。

图2是图1中所示FG传感元件结构实例的示意图。

图3是当磁性粒子被固定到图2中所示FG传感元件上时的一实例的示意图。

图4A和4B是用于描绘被固定到FG传感元件上的磁性粒子的坐标的视图。

图5A、5B、5C和5D是普通的FG传感元件从磁性粒子接收的磁场的示意图。

图6是本实施例的FG传感元件的另一种结构实例的示意图。

图7是图6中所示FG传感元件结构实例的示意图。

图8是当磁性粒子被固定到图7中所示FG传感元件上时的一实例的示意图。

图9是当将本实施例的FG传感元件结合到壳中来使用时的一个实例的示意图。

图10是实例1的检测对象物质的结构实例的视图。

图11是普通的正交型FG传感元件的结构实例的视图。

图12A、12B和12C是用于描述图11中所示FG传感元件操作原理的视图。

图13A和13B分别是图11中所示FG传感元件中磁场随时间变化状态的示意图。

图14A和14B是在图11中所示FG传感元件中没有外部磁场和有外部磁场的情况中的磁场状态的示意图。

具体实施方式

下面将描述一实施例的磁检测元件的结构。在该实施例中，将描述磁检测元件是正交型FG传感元件的情况。

图1是表示该实施例的FG传感元件的结构的示意图。如图1所示，该FG传感元件具有励磁导体1231、设置在励磁导体1231的外周表面上的磁膜1200和缠绕在磁膜1200上的检测线圈1210。检测线圈1210检测根据被磁化了的检测对象物质的数量而在强度方面有差异的信号。

作为用于磁膜1200的磁性物质，例如使用由镍(Ni)与铁(Fe)构成的坡莫合金和由Ni、Fe和钼(Mo)构成的钼坡莫合金。

在该实施例的FG传感元件中，传感元件的表面被截面1300分成区域1301和区域1302，该截面1300将传感元件的表面在检测线圈1210的纵向方向上分成两部分。当检测线圈1210的长度被设为L时，截面1300相应于从检测线圈1210的端部开始的L/2处的位置。至少一部分区域1301的与检测对象物质的亲合力不同于至少一部分区域1302的与检测对象物质的亲合力。在该情况下，检测对象物质是磁性粒子。

图2是图1所示FG传感元件的结构实例的示意图。在区域1301的全部或一部分上，形成有与磁性粒子具有高亲合力的磁性粒子固定膜1202。此外，在区域1302的全部或一部分上，形成有磁性粒子非固定膜1203，同磁性粒子固定膜1202比较起来，磁性粒子非固定膜1203与磁性粒子的亲合力更低。磁性粒子固定膜1202和磁性粒子非固定膜1203是由非磁性材料构成的膜。

在图2所示的结构实例中，磁性粒子固定膜1202形成在检测线圈1220的一个端部处的磁膜1200的表面上，并且磁性粒子非固定膜1203形成在检测线圈1220的另一个端部处的磁膜1200的表面上。磁性粒子固定膜1202形成在区域1301的一部分上，并且磁性粒子非固定膜1203形成在区域1302的一部分上。然而，上述亲合力可以在元件表面上从区域1301到区域1302逐渐变化，或者可以如图2中所示局部地不同。

可使用溅射法、镀覆法和汽相淀积法中的至少一种来作为在磁膜1200的区域1301和1302的表面上形成与磁性粒子亲合力不同的膜的方法。取决于所述膜具有亲水性还是疏水性，可以使膜与磁性粒子的亲合力不同。此外，即使使用相同类型的膜，通过改变膜的厚度，可使膜与磁性粒子的亲合力不同。此外，通过逐渐地改变形成在磁膜1200表面上的膜的厚度或成分，与磁性粒子的亲合力可在区域1301和1302之间变化。

例如，可以形成与磁性粒子具有高亲合力的材料，以便在区域1301中获得最大的膜厚度。可以通过利用准直溅射法来形成局部较大的膜厚度。

以上描述了区域1301和1302的每一个与磁性粒子的亲合力，但是检测对象物质不限于磁性粒子，并且检测对象物质可以是可固定到磁性粒子上的物质。在该实施例中，区域1301被描述成与区域1302相比具有更高的磁性粒子亲合力，但是区域1301和1302的特性可以是相反的。

图3是当磁性粒子被固定到图2中所示FG传感元件上时的一实例的示意图。通过预备上述正交型FG传感元件，磁性粒子1401可以固定到传感元件的一部分表面上，如图3的示意图中所示。这里，示出了多个磁性粒子1401被固定到磁性粒子固定膜1202上的状况。

接下来，在将磁化强度为m(用矢量表示)的一个磁性粒子1401固定到FG传感元件上的情况中，用图4A与4B和5A到5D来描述FG传感元件的检测原理。

图4A和4B是用于描绘被固定到FG传感元件上的磁性粒子的坐标系的视图。图5A到5D各自是表示普通的FG传感元件从磁性粒子接收的磁场的示意图。在图5A到5D的横向方向上的白箭头各自表示了来自磁性粒子的磁场Hs(用矢量表示)的可检测方向上的分量。磁性粒子的磁化方向由磁场施加单元(未图示)固定，该磁场施加单元施加了在垂直于交变磁场方向的方向上的直流磁场。施加直流磁场的磁场施加单元可以是任何单元，只要该单元可以施加期望的磁场，并且可以是永磁体或者电磁体。

FG传感元件被图4A的折线包围的那部分被放大了，并且通过三维坐标来表示磁膜1200表面上的任意点P。为了描述普通的FG传感元件的情况，检测线圈的附图标记被设为1204。图4B是图4A中所示的FG传感元件的放大部分的视图。当坐标被定义时，考虑由图1中所示的励磁导体1231和磁膜1200构成的圆柱形结构。

如图4A和4B中所示，为了通过三维坐标来表示磁膜1200表面上的任意点P，处于上述圆柱形结构的纵向方向上并且通过励磁导体1231中心的直线被设为Z轴，并且确定X轴和Y轴在Z轴上的彼此相交处为参考点O。当上述圆柱形结构的半径被设为R并且由从参考点O到点P的直线投影到XY平面坐标系上产生的线段与X轴之间形成的角度被设为θ时，点P的坐标由(Rcosθ，Rsinθ，z)来表示。当位于磁膜1200表面上的磁性粒子1401(在图中位于Y轴上)的半径被设为L’时，从参考点O到点P处磁性粒子1401的距离r的矢量由(Rcosθ，Rsinθ-(R+L’)，z)来表示。当真空的绝对磁导率被设为μ₀时，从点P处的磁性粒子1401所产生的浮动磁场Hs由公式(1)来表示。

$H_s=-\frac{1}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_0{r}^3}[m-\frac{3}{r^2}\left(\mathrm{mr}\right)r].....................\left(1\right)$

这里，通过求解公式(1)，获得在元件纵向上的可检测分量的磁场强度|Hs(z)|的面积分，并且结果被设为H_ssum。

将磁性粒子1401如图5A中所示处于FG元件的检测线圈1204的端部附近的状况设为状态I。将磁性粒子1401如图5B中所示处于检测线圈1204的中心附近的状况设为状态II。比较状态I的情况和状态II的情况，H_ssum的值有显著差别。在状态II的情况中，由磁膜1200接收的磁性粒子1401产生的磁场处于相反的方向上，其中，包括了磁性粒子1401与传感元件的接触点的传感元件截面作为边界，如图5B中所示。具体地说，在状态I的情况中，获得了传感元件的高输出，但是在状态II的情况中，磁膜1200接收根据磁性粒子1401的位置而定的在相反方向上的磁场Hs。此时，在施加相反方向磁场Hs的区域中，产生了反向磁致旋转，并且检测线圈1204中的感应电动势在相互抵消的方向上产生。结果，传感元件的输出显著减弱。

此外，将磁性粒子1401相对于将检测线圈1204在纵向方向上分成两部分的截面处于对称的位置(例如，图5C中所示的检测线圈的两端)上的情况设为状态III。当检测到多个磁性粒子1401处于状态III中时，发现施加了在相反方向上H_ssu m的区域的输出如状态II的情况那样相互抵消。此外，发现如在图5D中所示的状态IV中，当磁性粒子处于关于元件的中心轴线(Z轴)对称的位置上(例如，FG传感元件的背面和前面)时，输出如上述状态II和III一样地相互抵消。

具体地说，随着状态接近状态II、III或者IV的状况时，当考虑整个元件时输出的相互抵消增强了，并且尽管存在磁性粒子，但是只能获得低的输出。

考虑到上述的检测原理，将分析对FG传感元件从磁性粒子1401接收的整个磁场Hstot的检测。如参照图1和2所描述的，在该实施例的FG传感元件中，区域1301和1302被设定成使得磁性粒子1401附着到靠近检测线圈1210一端的区域上。因此，不但在单个磁性粒子的情况中，而且在如图3所示的多个磁性粒子的情况中，可以检测到在上述状态I中磁性粒子的磁场。因此，发现在本实施例的FG传感元件中，可以获得关于由磁性粒子产生的磁场而言的高输出。

在本实施例中，当检测线圈被分成两个区域时，与检测对象物质具有高亲合力的部分设置在一个区域的至少一部分上。因此，当测量检测对象物质的磁场时，磁性粒子被固定到与检测对象物质具有高亲合力的那部分上，并且容易检测到由磁性粒子产生的磁场。因此，可以获得具有与磁场相应的高信号强度的输出。

接下来，将描述本实施例的FG传感元件的另一种结构实例。图6是本实施例的FG传感元件的另一种结构实例的示意图。与图1中相同的部件用相同的附图标记来指定，并且将省略详细说明。此外，磁性粒子被用作检测对象物质。

如图6中所示，FG传感元件具有励磁导体1231、磁膜1200和检测线圈1211、1212、1213与1214。检测线圈1211、1212、1213和1214检测根据磁化了的检测对象物质的数量而在强度方面有差异的信号。上述四个检测线圈串联连接，但是线圈的缠绕方向彼此交替地相反。

区域1303设置在检测线圈1211的一个端部处的磁膜1200上，并且区域1304设置在检测线圈1211的另一个端部与检测线圈1212的连接部分处的磁膜1200上。区域1303设置在检测线圈1212与检测线圈1213的连接部分处的磁膜1200上，并且区域1304设置在检测线圈1213与检测线圈1214的一个端部的连接部分处的磁膜1200上。区域1303设置在检测线圈1214的另一端部处的磁膜1200上。

按这种方式，从线圈的端部到线圈的端部在两个或多个串联线圈的连接部分中，在磁膜1200上交替地设置区域1303和1304。区域1303与检测对象物质的亲合力不同于区域1304的至少一部分与检测对象物质的亲合力。区域1303相应于本发明的第一区域，并且区域1304相应于本发明的第二区域。

图7是图6所示的FG传感元件的结构实例的示意图。

图7中所示的检测线圈1205、1206、1207和1208具有类似于图6所描述的四个检测线圈的结构。与磁性粒子具有高亲合力的磁性粒子固定膜1202形成在区域1303的全部或一部分上。与磁性粒子固定膜1202比较起来与磁性粒子具有较低亲合力的磁性粒子非固定膜1203形成在区域1304的全部或一部分上。在图7所示的结构实例中，磁性粒子固定膜1202形成在图6所示的区域1303的一部分上，并且磁性粒子非固定膜1203形成在区域1304的一部分上。然而，上述亲合力可以是在元件表面上从区域1301到区域1302逐渐地变化，或者可以是如图7中所示局部地不同。

以上描述了区域1303和1304的每一个与磁性粒子的亲合力，但是检测对象物质不限于磁性粒子，并且可以是可固定到磁性粒子上的物质。此外，在下文中，区域1303将被描述为比区域1304具有更高的磁性粒子亲合力，但是区域1303和1304的特性可以是相反的。

在图6和7所示的FG传感元件中，根据图5A所描述的操作原理，由磁性粒子产生的磁场的检测强度比传统的传感元件增强得更多。在图6和7中，描述了四个检测线圈串联的情况，但是检测线圈的数目不限于四个，并且可以是任何数量，只要不小于两个。此外，相邻的检测线圈可以在设于线圈两端部和线圈边界中的区域1303和1304上重叠。

图8是当磁性粒子被固定到图7中所示的FG传感元件上时的一实例的示意图。通过预备上述正交型FG传感元件，磁性粒子1401可以固定到传感元件的一部分表面上，如图8的示意图中所示。这里，示出了多个磁性粒子1401被固定到磁性粒子固定膜1202上的状况。

当实际检测磁性粒子1401时，通过施加外部磁场来在固定方向上调准磁性粒子1401的磁场，可以实现类似于上述计算模型的情况。通过特别是沿很难检测的元件方向上施加静磁场，避免了元件灵敏度的饱和。尤其是，图5A到5D分析了在检测对象物质与元件的固定位置的元件接触平面的法线方向上施加磁场的情况。然而，在实施例和稍后将描述的实例的说明中所使用的“在很难检测的方向上的磁场”意味着磁场具有在检测方向之外方向上的分量，并且“法线方向上的磁场”意味着磁场具有在法线方向上的分量。此外，“元件表面”的意思也包括围绕元件形成的保护膜等的表面。

通过检测在接近图5A所描述的状态I的状况中磁性粒子1401的磁场，可以利用传感元件的高输出来检测磁性粒子1401。此外，即使只有少量磁性粒子1401，同普通方法比较起来仍可以获得足够的输出，并且可实现检测。

图9是将本实施例的FG传感元件结合到壳中来使用的状况的实例的示意图。如图9所示，连接到交流电源1502上的FG传感元件1900被结合到壳中。FG传感元件1900的一部分是设置在壳表面1910上的开口，并且从壳表面1910凸出。磁性粒子1401被固定到FG传感元件1900从壳表面1910上凸出的那部分上的磁性粒子固定膜上。

此外，在壳表面1910的垂直方向900上施加用于调准磁性粒子1401磁化方向的静磁场。用于静磁场的磁场施加单元可以是永磁体或者电磁体，或者是其他单元，只要可以施加所期望的磁场。在如图9所示的情况中，可以利用接近图5A所描述的状态I的状况来检测磁场。

在本实施例中，检测线圈具有的结构是缠绕方向不同的两个或更多个线圈串联连接，并且与检测对象物质具有高亲合力的部分和具有低亲合力的部分交替地设置在线圈的连接部分和检测线圈两端处的线圈端部上。因此，当测量检测对象物质的磁场时，磁性粒子被固定到与检测对象物质具有高亲合力的部分上，并且容易检测到由磁性粒子产生的磁场。因此，可以获得具有与磁场相应的高信号强度的输出。

此外，不但当单个磁性粒子被固定到FG传感元件的表面上时，而且当多个磁性粒子被固定到FG传感元件的表面上时，可以通过缩减固定磁性粒子的区域来检测磁性粒子的磁场。此外，即使当检测对象物质没有被静磁场磁化时，磁性粒子也固定到检测对象物质上并且检测所固定的磁性粒子，从而当检测对象物质被间接地检测时，本实施例的FG传感器的前述检测原理是有效的。

根据本发明的磁检测元件和检测方法，当检测磁性粒子或者用磁性粒子来标记的非磁性物质时，可以增加对由磁性粒子所产生的磁场的检测强度。

此外，根据本发明的磁检测元件可以采用这样的结构，该结构通过包括磁性物质和用于检测由磁性物质所接收的磁场的检测线圈并且将以下特征添加到检测线圈中的磁性物质的表面上来解决上述问题。

更具体地说，检测线圈的纵向方向上包括第一区域和第二区域，并且使第一区域和第二区域的表面特性彼此不同。例如，表面特性上的差异是指与磁性粒子(检测对象物质)的亲合力不同。只要将所述区域分成检测对象物质易于粘附的区域和检测对象物质几乎不能粘附的区域，结果，所述差异就可以是基于粗糙表面和高平整度表面而言在表面特性上的差异。

(实例1)

在一实例中，将描述使用本发明的磁检测元件和检测方法的免疫传感器。

(i)传感器机制

在本实例中，使用图2所描述的FG传感元件。如图2中所示，FG传感元件具有励磁导体1231、围绕所述励磁导体1231形成为圆筒形的磁膜1200和设置成围绕磁膜1200的检测线圈1220。

下面将简要地描述本实例的FG传感元件的制造方法。围绕由钼(Mo)为材料制成的励磁导体1231形成由Ni80坡莫合金为材料制成的磁膜1200。在磁膜1200的表面上形成例如二氧化硅(SiO₂)的非磁性绝缘材料。此外，围绕覆盖磁膜1200的非磁性绝缘材料设置由铜为材料制成的检测线圈1220。

在设置上述线圈之前，利用将检测线圈1220在纵向方向上分成两个区域的截面作为分界来划分元件表面，其中之一设为第一区域，而另一个设为第二区域。第一区域相应于图1中所示的区域1301，并且第二区域相应于图2中所示的区域1302。这里，在第一区域的一部分(在图2中的检测线圈的一端附近)上形成金膜作为磁性粒子固定膜1202。在第二区域的一部分(在图2中的检测线圈的另一端附近)上形成SiN膜作为磁性粒子非固定膜1203。

在如上所述制造出FG传感元件之后，将图11中所示的交流电源1502连接到励磁导体1231的钼线上。

(ii)磁性粒子的固定

下面将描述检测对象物质的结构。图10是本实例的检测对象物质的结构实例的视图。如图10中所示，检测对象物质具有相应于不能磁化的物质的抗原1403、磁性粒子1401和用于连接抗原1403与磁性粒子1401的二级抗体1404。抗原1403通过一级抗体1402连接到FG传感元件的磁性粒子固定膜1202上。从而，检测对象物质被固定到磁性粒子固定膜1202上。

通过使用前述的磁检测元件，可以根据以下规程来测试前列腺特异抗原(PSA)，它是前列腺癌的指标。将识别PSA的一级抗体固定到FG传感元件的磁膜1200上。

(1)将包含作为抗原的PSA(样品)的磷酸盐缓冲液(样品溶液)注入到流动通道中并且培养五分钟。

(2)使磷酸盐缓冲盐水在流动通道的内部通过，以除去未反应的PSA。

(3)将包含有用磁性粒子1401标记的抗PSA抗体(二级抗体)的磷酸盐缓冲盐水注入到流动通道中并且培养五分钟。

(4)利用磷酸盐缓冲盐水来洗去未反应的标记过的抗体。

通过上述规程，借助抗PSA抗体(二级抗体)1404、抗原1403和一级抗体1402，磁性粒子1401被固定到设置在FG传感元件的磁膜1200表面上的第一区域的磁性粒子固定膜1202上。具体地说，当样品中不存在抗原1403时，磁性粒子1401不固定到FG元件的磁膜1200部分上，因此，通过检测磁性粒子1401的有无就能检测是否存在抗原。

(iii)测量步骤

在垂直于磁膜1200的膜表面的方向上施加外部磁场，它是FG传感元件难以检测的方向上的磁场。按这种方式，把固定到第一区域的磁性粒子固定膜1202上的磁性粒子1401的磁化调准成朝向垂直于膜表面的方向。通过操作图11中所示的交流电源1502，在励磁导体1231中产生1兆赫(MHz)的交变磁场，并且将所述交变磁场施加到磁膜1200上。根据表示检测线圈两端出现的电位差的检测信号来测量检测线圈1220出现的感应电动势。

根据检测信号的有无来检测磁性粒子1401的有无。根据交变磁场的相位和输出的相位之间的差值来估算所固定的磁性粒子1401的数量，并且可以间接地获知样品中所包含的抗原1403的数量。可以从抗原1403的数量来估算浓度。当将静磁场精确地施加在难以检测方向中的轴线上时，在实验的设定中，比较磁性粒子1401被固定之前和之后的信号输出，并且预先检查当磁性粒子1401被固定时的信号输出。

在本实例中，在上述的(ii)中描述了仅形成一个流动通道，但是采用具有多个流动通道的检测部分，并且在各个流动通道中引起不同的抗原-抗体反应，从而可以一次检测多个抗原。

(实例2)

本实例是把图7所描述的结构应用于实例1的元件。

如图7中所示，在本实例的FG传感元件中，在实例1的FG传感元件中设置检测线圈1205、1206、1207和1208，所述检测线圈的形式为串联连接的彼此相反地缠绕的线圈。图6中所示的区域1303和1304设置在磁膜1200的表面上。在四个串联连接的线圈的连接部分和线圈端部处的磁膜1200上，从线圈的端部处开始交替地设置区域1303和区域1304。

在相应于区域1303的区域的至少一部分上形成磁性粒子固定膜1202，并且在相应于区域1304的区域的至少一部分上形成磁性粒子非固定膜1203。当测量由磁性粒子产生的磁场时，检测由固定到磁性粒子固定膜1202上的磁性粒子1401所产生的磁场。磁性粒子的固定和测量步骤类似于实例1，因此，省略了其详细说明。

上述实例1和2中所描述的FG传感元件不限于具有上述结构的那些，并且可以使用其他结构的正交型FG传感元件。以下权利要求的范围应作最宽泛的解释，以便涵盖所有改进和等同结构及功能。

本申请要求2007年7月9日提交的日本专利申请No.2007-179635的优先权，通过引用而把该申请的全部内容并入。

Claims (8)

1.一种磁检测元件，包括：

励磁导体；

磁性物质，该磁性物质围绕所述励磁导体设置，并且从所述励磁导体向该磁性物质施加交变磁场；以及

检测线圈，其用于检测由所述磁性物质接收的磁场，

其中，所述磁性物质的表面在所述检测线圈的纵向方向上被分成第一区域和第二区域两个区域，并且第一区域和第二区域与检测对象物质的亲合力不同。

2.一种磁检测元件，包括：

励磁导体；

磁性物质，该磁性物质围绕所述励磁导体设置，并且从所述励磁导体向该磁性物质施加交变磁场；以及

检测线圈，其用于检测由所述磁性物质接收的磁场，

其中，所述检测线圈的结构是线圈缠绕方向彼此相反的两个或更多个线圈串联连接，

第一区域和第二区域从所述检测线圈的一个端部开始在相应于所述两个或更多个线圈连接部分的位置和相应于所述检测线圈两端的位置处交替地设置在所述磁性物质的表面上，以及

第一区域和第二区域与检测对象物质的亲合力是不同的。

3.根据权利要求1或2所述的磁检测元件，其中，在第一区域的至少一部分上，设置有与由非磁性材料组成的第二区域比较起来对于检测对象物质具有高亲合力的膜。

4.一种使用根据权利要求1到3中任一项所述的磁检测元件的检测方法，包括：

将所述检测对象物质固定到所述磁检测元件的表面上；

施加静磁场，以用于设定所述检测对象物质的磁化方向；以及

向所述磁性物质施加交变磁场，并且利用所述磁检测元件来测量在检测线圈中所产生的信号的强度，以检测所述检测对象物质的有无或者浓度。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其中，所述静磁场的磁场方向位于检测对象物质被固定到磁检测元件上的位置处的切向平面的法线方向上。

6.根据权利要求4或5所述的检测方法，

其中，所述检测对象物质包括不能磁化的物质和固定到所述不能磁化的物质上的磁性粒子。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其中，所述不能磁化的物质是生物物质。

8.根据权利要求4或5所述的检测方法，其中，所述检测对象物质是磁性的物质。

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